Рис. 12

Рис. 13

Рис. 14

Пуанкаре придумал фантастический мир, «жители» которого должны были бы принять геометрию Лобачевского из физических экспериментов. Для этого Пуанкаре предположил, что круг K представляет собой неоднородную оптическую среду, в которой скорость света в точке A∈K равна расстоянию точки A от границы круга K. Тогда свет будет (в соответствии с принципом Ферма о минимальности времени движения по световой траектории) распространяться как раз по «прямым» рассмотренной модели. Свет не может за конечное время дойти до границы (поскольку там его скорость убывает до нуля), и потому этот мир будет восприниматься его «жителями» бесконечным, причем по своей метрике и свойствам совпадающим с плоскостью Лобачевского.

Впоследствии были предложены и другие модели геометрии Лобачевского. Этими моделями была окончательно установлена непротиворечивость геометрии Лобачевского. Тем самым было показано, что геометрия Евклида не является единственно возможной. Это оказало большое прогрессивное воздействие на все дальнейшее развитие геометрии и математики в целом.

А в XX в. было обнаружено, что геометрия Лобачевского не только имеет важное значение для абстрактной математики, как одна из возможных геометрий, но и непосредственно связана с приложениями математики к физике. Оказалось, что взаимосвязь пространства и времени, открытая в работах X. Лоренца, А. Пуанкаре, А. Эйнштейна, Г. Минковского и описываемая в рамках специальной теории относительности, имеет непосредственное отношение к геометрии Лобачевского. Например, в расчетах современных синхрофазотронов используются формулы геометрии Лобачевского.

ЛОГАРИФМ

Логарифмом числа N по основанию a (обозначается log_aN) называется показатель степени, в которую надо возвести число a, чтобы получить число N, т.е. b = log_aN, если a^b = N.

Логарифм определен для любого положительного числа N при любом отличном от единицы положительном основании a. Каждому положительному числу при данном основании соответствует единственный логарифм.

По определению логарифма справедливо равенство

из которого на основе свойств показательной функции устанавливаются основные свойства логарифмов (здесь M,N и k – положительные числа):

Эти свойства позволяют сводить умножение и деление чисел (представленных в виде степеней некоторого числа, принятого за основание) к сложению и вычитанию показателей степеней, а возведение в степень и извлечение корня – к  умножению и делению на показатель степени, поэтому применение логарифмов упрощает выполнение умножения и деления. На этом основан очень популярный прежде счетный прибор логарифмическая линейка, которая сейчас всюду вытесняется микрокалькуляторами.

При нашей десятичной системе счисления самым удобным основанием является число 10. Логарифм по основанию 10 называется десятичным логарифмом и обозначается lg:

lg N = log₁₀ N.

При основании, равном 10, только логарифмы целых степеней числа 10 представляются целыми числами (lg 10³ = 3, lg 0,01 = lg 10^-2 = -2), логарифмы же остальных чисел нецелые. Целая часть значения логарифма называется характеристикой, дробная мантиссой.

Любое положительное число N всегда можно представить в виде N = 10ⁿ·x, где n - целое число, а x заключено в пределах от 1 до 10. Из этого представления числа N следует, что lg N = n + lg x, где n - характеристика, a lg x – мантисса логарифма числа N.

Для числа, большего единицы, характеристика на единицу меньше числа цифр у целой части этого числа. Для числа, заключенного между нулем и единицей и записанного десятичной дробью, характеристика отрицательна и равна взятому со знаком минус числу нулей до первой значащей цифры, например для числа 0,0216 его характеристика равна -2.

Десятичные логарифмы используются в практике главным образом в силу исторической традиции. Гораздо более важными в математике и ее приложениях являются натуральные логарифмы, т.е. логарифмы с основанием e. Это число, к которому неограниченно приближаются числа вида (1+1/n)ⁿ при неограниченном возрастании числа n. Буквой e это число предложил назвать Л. Эйлер. Важность логарифмической функции с основанием объясняется тем, что в математике используется показательная функция, как правило, с основанием e, а поэтому важна и обратная к ней функция.

Логарифмы были введены шотландским математиком Дж. Непером (1550-1617) и независимо от него швейцарским механиком и математиком И. Бюрги (1552-1632). Бюрги пришел к логарифмам раньше, но опубликовал свои таблицы с опозданием (в 1620 г.), и первой в 1614 г. появилась работа Непера «Описание удивительной таблицы логарифмов».

Первые таблицы десятичных логарифмов были составлены изобретательным и остроумным вычислителем, английским математиком Г. Брипсом (1561-1630).

На русском языке первые логарифмические таблицы были изданы в 1703 г.

ЛОГАРИФМИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ

Логарифмическая функция по основанию a  (a > 0, a ≠ 1) обозначается y = log_ax и определяется как функция, обратная показательной функции y = a^x с тем же самым основанием. Так как логарифмическая и показательная функции взаимно-обратны, то график логарифмической функции (он иногда называется «логарифмикой») получается из графика показательной функции симметрией относительно биссектрисы первого и третьего координатных углов (рис. 1). Логарифмическая функция определена для положительных x и при основании a, большем единицы, является монотонно возрастающей функцией. Из свойств логарифмов (1) и (2) (см. Логарифм) легко устанавливается, что

log_1/a x = -log_a x,

откуда следует, что графики функций y = log_1/ax и y = log_ax симметричны друг другу относительно оси Ox. Свойства логарифмической функции хорошо иллюстрирует рис. 2. Заметим, что ординаты любых двух кривых на рис. 2 пропорциональны, это непосредственно следует из формулы

Рис. 1

Рис. 2

В математическом анализе особое значение имеет логарифмическая функция по основанию e, она называется натуральным логарифмом и обозначается y = ln x. Производная от этой функции имеет весьма простой вид, а именно (ln x)' = 1/x. На рис. 3 сопоставлены графики y = lg x и y = ln x.

Рис. 3

МАГИЧЕСКИЕ И ЛАТИНСКИЕ КВАДРАТЫ

Если внимательно присмотреться к числам от 1 до 16, расположенным в клетках квадрата на рис. 1, то можно заметить следующую закономерность: сумма чисел в каждом горизонтальном ряду, в каждом вертикальном ряду и по каждой из диагоналей одна и та же. Такой квадрат и все квадраты, обладающие аналогичным свойством, получили название магических.